一种细胞代谢淬灭系统及其细胞代谢淬灭方法技术方案

一种细胞代谢淬灭系统及其细胞代谢淬灭方法，包括：细胞供给装置，液液混合装置，细胞收集装置及电磁反馈控制装置。本发明专利技术的生物细胞代谢淬灭系统在液液混合装置、细胞收集装置和电磁反馈控制装置共同作用下，细胞培养液与低温细胞淬灭溶液得到充分混合，且细胞可瞬间降至低温，有效抑制酶活力、代谢淬灭完全，引入电磁反馈控制装置和真空泵使终点的淬灭溶剂浓度可控，实现细胞培养液与低温细胞淬灭溶液体积比的准确控制，使胞内代谢物数据真实可靠，各装置之间相辅相成，实现对细胞进行及时、彻底代谢淬灭。采用上述系统进行代谢淬灭的方法，简单易行，准确率高，为微生物、动物以及植物细胞的胞内代谢物研究提供技术支持。

【技术实现步骤摘要】
一种细胞代谢淬灭系统及其细胞代谢淬灭方法
本专利技术涉及生物细胞代谢淬灭装置及其细胞代谢淬灭方法，涉及微生物、动物、植物、医药和化工

技术介绍
生物
在过去的几十年里得到了突飞猛进的发展，开辟了一个新纪元，以基因组学、转录组学、蛋白质组学以及代谢组学为重要组成模块的组学研究分析技术正发挥重要作用。与转录组和蛋白质组相同的是，代谢组学也是依赖生物背景的，每一种代谢物的浓度高低都取决于细胞、组织或机体的生理生化状态。然而，不同于mRNA和蛋白质，建立基因和代谢物之间的联系对于本领域目前水平来说是极其困难甚至是不可能的。一个基因能转录形成多个mRNA，一段mRNA能够翻译形成多种蛋白质，一种酶蛋白能够催化形成多种代谢产物，尽管酶具有高度选择性，但是酶可以催化多个底物。研究表明，mRNA水平的变化其实不一定与蛋白水平的变化一致，而且翻译得到的蛋白也并不均具有酶学活性，所以在转录组或蛋白组研究中观察到的差异变化不一定与实际的表型变化相对应。因此，通过代谢组学方法定性或定量测定生物系统合成的代谢物成为了一种解析生物代谢过程的重要手段。代谢组学是继基因组学、转录组学和蛋白质组学后的新兴组学研究领域，是系统生物学的重要组成部分。通过代谢组学方法对生物体细胞胞内代谢物进行定性或定量分析，需要周密而精确的实验设计和操作，尤其是代谢物样品预处理操作(细胞代谢淬灭和代谢物提取过程等)。细胞代谢是指细胞吸收营养物质维持生命和增殖并降解基质的一系列化学反应过程，其反应过程极快，能够在毫秒间实现相互转化。“如何对细胞进行及时、彻底代谢淬灭”以及“如何从细胞中准确、完整提取胞内代谢物”成为代谢组学研究的关键。细胞代谢淬灭过程是细胞代谢组学研究的关键第一步，其决定整个实验的成功与否。在代谢组学研究中常由于细胞代谢淬灭不完全，细胞酶活性不能得到及时抑制，而导致目标代谢物转化或分解，使得实验结果出现较大偏差。“如何对细胞进行及时、彻底代谢淬灭”以及“如何从细胞中准确、完整提取胞内代谢物”成为代谢组学研究的关键技术难题。
技术实现思路
本专利技术以细胞代谢组学研究为主体，解决现有技术中对细胞进行及时、彻底地代谢淬灭这一技术难题，提供了一种细胞代谢淬灭装置。该细胞代谢淬灭装置能够在取样时间点，瞬时抽取细胞培养液并按一定比例使细胞培养液与低温细胞淬灭溶液得到充分混合效果，瞬间使细胞降至低温，抑制酶活力，使其生理代谢活动停止。本专利技术的技术构思是：在细胞活动中，响应外界环境扰动的代谢反应会在几毫秒间完成，胞内代谢物会在瞬间转化为一种或多种其他代谢物，如果细胞淬灭过程中低温淬灭溶液与细胞培养液混合时间过长，会使细胞缓慢经历降温过程，这段时间内细胞会启动相应的应激代谢反应，直至温度降至预设的低温条件时，目标代谢物可能已转化成其他物质或降解，失去对目标代谢物的定量分析的意义。因此，为了使低温淬灭溶液瞬间与细胞培养液混合，使细胞温度迅速从培养温度(通常20～50℃)降至低温(–20～–30℃)，使细胞代谢活动停止，代谢物的分析数据才能准确表征细胞代谢状态。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种细胞代谢淬灭系统，包括：细胞供给装置，用于微生物、动物或植物细胞的培养和发酵；液液混合装置，将细胞培养液和低温淬灭溶液均匀混合；细胞收集装置，用于细胞混合液的低温淬灭；及电磁反馈控制装置，控制细胞培养液和低温淬灭溶液的比例，控制细胞代谢淬灭反应。细胞供给装置、液液混合装置、细胞收集装置通过导流管、连接管连接，由电磁反馈控制装置来控制整个系统中细胞培养液的导流，使终点淬灭溶液浓度可控，有利于准确控制细胞培养液和低温淬灭溶液的体积比。优选的，细胞供给装置为摇瓶体系、发酵罐体系等生物反应器中任一种。液液混合装置由三段导流管和混合室连接而成，三段导流管分别为细胞培养液段的导流管I、低温淬灭溶液段的导流管II以及细胞收集段的导流管III；导流管I和导流管II中各包含一个文丘里管流体压缩喷射结构；导流管III中含有文丘里管流体压缩结构。由于细胞培养液的温度一般在20～50℃之间，而低温淬灭溶液的温度一般为–30～–40℃，如果细胞培养液与低温淬灭溶液混合不均匀，会造成细胞培养液中的水分来不及与淬灭溶剂互溶，在低温条件下迅速结冰，不利于混合，而造成混合后淬灭溶剂的浓度过高，影响代谢物分析结果。本专利技术中，通过将导流管I和II段设计成文丘里管结构，在导流管I段利用这种文丘里管结构将流体(细胞培养液)压缩形成高速流体，在混合室中喷射形成小液滴，与另一股流体(低温培养液)经压缩喷射形成的小液滴均匀混合，在气压差推动力作用下进入导流管III，导流管III中含有文丘里管流体压缩结构将混合液压缩为正常流体，最终以均质形态流入细胞收集瓶，实现了导流过程中低温淬灭溶液与细胞培养液的充分均匀混合。同时，这种文丘里管结构的设计内部无死角，便于清洗，避免了引入其他混合器而带来的复杂内部结构，不会造成细胞残留或试剂残留影响下次实验。本专利技术细胞收集装置包括细胞收集瓶、恒低温系统、缓冲瓶以及真空泵，细胞收集瓶设在恒低温系统内部，细胞收集瓶、缓冲瓶以及真空泵通过连接管连接。本专利技术对细胞收集瓶进行密闭处理，通过缓冲瓶连接真空泵，利用真空泵抽取细胞收集瓶和导流管中的空气产生低压，使导流管I、II和导流管III的两端形成气压差，而致使细胞培养液和低温淬灭溶液在压力差作用下迅速通过导流管混合流入细胞收集瓶。这种设计只需几毫秒就能将细胞培养液和低温淬灭溶液进行混合，使培养液中细胞温度能够在最短时间内降至低温(–20～–30℃)，最大程度地抑制细胞活性，使细胞代谢停滞在取样时刻，从而保证后续的代谢组学研究的数据真实、可靠。本专利技术电磁反馈控制装置由电路①，电路②和电路③组成；电路①包括电磁继电器、低压电源、电路开关Ⅰ以及金属触点A、B；电路②包括高压电源、电磁阀、电路开关Ⅱ以及金属触点C、D；电路③包括高压电源、真空泵及金属触点E、F。电磁继电器包括电磁铁、线圈、衔铁和金属触片。进一步的，所述低温淬灭溶液由水、淬灭溶剂和强电解质形成导电溶液，有利于连接低温淬灭溶液贮瓶底部的金属触点A和B，利用金属触点A和B连接产生的电信号来控制细胞培养液的导流与否。本专利技术另一个目的是请求保护采用上述系统进行快速细胞代谢淬灭的方法，该方法为：接通电路①、③，开启真空泵，使细胞培养液和低温淬灭溶液同时流入细胞收集瓶，当低温淬灭溶液被抽干后，自动断开电路①、③，接通电路②，真空泵停止工作，停止抽取细胞培养液；细胞收集瓶中的细胞混合液在低温环境中淬灭结束后，取出细胞收集瓶，离心，收集淬灭后的细胞。更为具体地，包括以下步骤：S1.配制低温淬灭溶液，将其装入低温淬灭溶液贮瓶，闭合电路开关Ⅰ，金属触点A、B接通，接通电路①；S2.电磁继电器使金属触片连接触点E和F，接通电路③，开启真空泵；S3.细胞培养液和低温淬灭溶液分别同时流入导流管Ⅰ和导流管Ⅱ中，在混合室中混合，经导流管Ⅲ进入细胞收集瓶中；S4.当低温淬灭溶液被抽干后，金属触点A、B断开，电路①断开，电磁继电器上金属触片离开触点E和F，连接触点C和D，断开电路③，接通电路②，电磁阀闭合阻止细胞培养液流动，真空泵停止工作；S5.细胞收集瓶中的细胞混合液在低温环境中淬灭，淬灭结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种细胞代谢淬灭系统，其特征在于，包括：细胞供给装置，用于微生物、动物或植物细胞的培养和发酵；液液混合装置，将细胞培养液和低温淬灭溶液均匀混合；细胞收集装置，用于细胞混合液的低温淬灭；及电磁反馈控制装置，控制细胞培养液和低温淬灭溶液的比例，控制细胞代谢淬灭反应。

【技术特征摘要】
1.一种细胞代谢淬灭系统，其特征在于，包括：细胞供给装置，用于微生物、动物或植物细胞的培养和发酵；液液混合装置，将细胞培养液和低温淬灭溶液均匀混合；细胞收集装置，用于细胞混合液的低温淬灭；及电磁反馈控制装置，控制细胞培养液和低温淬灭溶液的比例，控制细胞代谢淬灭反应。2.根据权利要求1所述的一种细胞代谢淬灭系统，其特征在于，细胞供给装置为摇瓶体系、发酵罐体系等生物反应器。3.根据权利要求1所述的一种细胞代谢淬灭系统，其特征在于，液液混合装置由三段导流管和混合室(9)连接而成，三段导流管分别为细胞培养液段的导流管I(6)、低温淬灭溶液段的导流管II(7)以及细胞收集段的导流管III(8)；导流管I(6)和导流管II(7)中各包含一个文丘里管流体压缩喷射结构；导流管III(8)中含有文丘里管流体压缩结构。4.根据权利要求1所述的一种细胞代谢淬灭系统，其特征在于，细胞收集装置包括细胞收集瓶(11)、恒低温系统(12)、缓冲瓶(15)以及真空泵(16)，细胞收集瓶(11)设在恒低温系统(12)内部，细胞收集瓶(11)、缓冲瓶(15)以及真空泵(16)通过连接管连接。5.根据权利要求1所述的一种细胞代谢淬灭系统，其特征在于，电磁反馈控制装置由电路①，电路②和电路③组成；电路①包括电磁继电器(17)、低压电源、电路开关Ⅰ(18)以及金属触点A、B；电路②包括高压电源、电磁阀(5)、电路开关Ⅱ(19)以及金属触点C、D；电路③包括高压电源、真空泵(16)及金属触点E、F。6.根据权利要求5所述的一种细胞代谢淬灭系统，其特征在于，电磁继电器(17)包...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亮，刘文静，郭琦，田晶，栾静，李倩，李佥，
申请(专利权)人：大连工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21